1、示波器基本理论示波器基本理论培训教程培训教程目录目录8波和波形波和波形8什么是示波器什么是示波器8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南8数字示波器技术的发展数字示波器技术的发展目录目录8波和波形波和波形8什么是示波器什么是示波器8示波器的各个组成部分示波器的各个组成部分8示波器的类型和区别示波器的类型和区别8数字示波器的工作原理数字示波器的工作原理8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南8数字示波器技术的发展数字示波器技术的发展波和波形波和波形8什么是波什么是波8波的类型波的类型8波的参数波的参数8示波器是测量波的基本仪器示波器是测量波的基本仪器什么是波什
2、么是波8随时间变化的模式称为波，声随时间变化的模式称为波，声波、脑电波、海浪、电压波形波、脑电波、海浪、电压波形都是波都是波8波形能够揭示信号的许多特性波形能够揭示信号的许多特性0当看到波形的高度变化，则表当看到波形的高度变化，则表示电压值在变化示电压值在变化0当看到的是平坦的水平线，则当看到的是平坦的水平线，则表示在一段时间内，信号没有表示在一段时间内，信号没有变化。变化。0平直斜线表示线性变化，电压平直斜线表示线性变化，电压以恒定的斜率上升或下降。以恒定的斜率上升或下降。0波形中的尖角指示的是突然的波形中的尖角指示的是突然的变更变更波的类型波的类型8大多数波都属于如下类型：大多数波都属于如
3、下类型：0正弦波正弦波0方波和矩形波方波和矩形波0三角波和锯齿波三角波和锯齿波0阶跃波和脉冲波阶跃波和脉冲波0噪声波噪声波 0复杂波复杂波8还有很多波是上述波形的组还有很多波是上述波形的组合合波的类型波的类型8周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号8同步信号和异步信号同步信号和异步信号波的参数波的参数8周期周期8频率频率8正脉冲宽度正脉冲宽度8负脉冲宽度负脉冲宽度8上升时间上升时间8下降时间下降时间8幅度幅度8占空比占空比8占空比占空比8延迟延迟8相位相位8突发宽度突发宽度8峰峰-峰值峰值8均值均值8周期均值周期均值8高高 低值低值8最小值最小值8最大值最大值8过冲过冲8过冲过冲8均方值均方
4、值8周期均方值周期均方值常见波形参数常见波形参数8频率和周期频率和周期8幅度和相位幅度和相位常见波形参数常见波形参数8相位差相位差目录目录8波和波形波和波形8什么是示波器什么是示波器8示波器的各个组成部分示波器的各个组成部分8示波器的类型和区别示波器的类型和区别8数字示波器的工作原理数字示波器的工作原理8示波器的主要指标及其选择指南示波器的主要指标及其选择指南8数字示波器技术的发展数字示波器技术的发展什么是示波器什么是示波器8示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种示波器是形象地显示信号随时间变化波形地仪器，是一种综合的信号特性测试仪，是电子测量仪器的基本种类。综合的信号特性测试仪，
5、是电子测量仪器的基本种类。8示波器的用途：示波器的用途：0电压表，电流表，功率计电压表，电流表，功率计0频率计，相位计频率计，相位计0脉冲特性，阻尼振荡脉冲特性，阻尼振荡8示波器的应用：示波器的应用：0电子，电力，电工电子，电力，电工0压力，振动，声，光，热，磁压力，振动，声，光，热，磁8以示波器为基础的仪器：以示波器为基础的仪器：0逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。逻辑分析仪，时域反射仪，晶体管特性测试仪，心电图。示波器的组成示波器的组成8水平系统水平系统8垂直系统垂直系统8扫描系统扫描系统8触发系统触发系统8显示系统显示系统示波器的类型示波器的类型8模拟示波器模拟示波器8模
6、拟数字混合示波器模拟数字混合示波器8数字示波器数字示波器8数字荧光示波器数字荧光示波器8取样示波器取样示波器0200400600800100012001993199319941994199519951996199619971997199819981999199920002000模拟示波器模拟示波器数字示波器数字示波器示波器示波器的典型的典型结构结构ARTDSODPO放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线触发触发放大器放大器多路多路分解器分解器采集信号采集信号存储器存储器uP显示显示存储器存储器A/D放大器放大器数字数字荧光器荧光器A/D uP模拟实时显示串行处理并行处
7、理示波器的刻度示波器的刻度水平刻度水平刻度垂直刻度垂直刻度触发电平触发电平刻度格线刻度格线示波器的主要指标示波器的主要指标8示波器的带宽示波器的带宽8数字示波器的采样率数字示波器的采样率8示波器的触发和信号存储示波器的触发和信号存储8先进的先进的DPO技术技术选选 择择 示示 波波 器器 的的 带带 宽宽带宽是选择示波器的第一参数带宽是选择示波器的第一参数8示波器的结构决定了带宽的重要性：示波器的结构决定了带宽的重要性：0放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器的模拟带宽决定了示波器的带宽；放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器的放大器是信号进入示波器的大门，它的带宽决定了示波器
8、的带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。带宽，示波器能请进什么样的信号由这个大门来决定。8数字示波器的带宽也是模拟带宽。数字示波器的带宽也是模拟带宽。带宽带宽8测量测量AC波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精波形的仪表通常有某种最大频率，超过它，测量精度就会下降，这一频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频度就会下降，这一频率就是仪表的带宽，它由仪器的幅频特性决定。特性决定。定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降定义：在幅频特性中，仪表的灵敏度下降3dB，此时的频率为仪，此时的频率为仪表的带宽。表的带宽。注：只能测量注：只能测量ACAC电压的仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。电压的
9、仪表，必须对高频和低频带宽都加考虑。100%（0dB）71%（-3dB）仪表的带宽（仪表的带宽（BW）只能测量只能测量低频交流的仪低频交流的仪表在处也下滑。表在处也下滑。幅频特性曲线幅频特性曲线选择示波器的带宽依据选择示波器的带宽依据8以谐波情况为核心选择示波器；以谐波情况为核心选择示波器；8以上升沿情况选择示波器；以上升沿情况选择示波器；谐波谐波除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。除绝对的正弦波之外，周期波含的一切频率分量称谐波。谐波频率是基波频的整数倍。谐波频率是基波频的整数倍。周期波无论其波形如何都有谐波。周期波无论其波形如何都有谐波。周期波给定的频率为基波频率。周期波给定
10、的频率为基波频率。方波方波基波为正弦波基波为正弦波以方波为例以方波为例8方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越方波是由基波与无数奇次谐波叠加所构成，包含的谐波越多，波形越近似方波。多，波形越近似方波。0方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。方波的质量根据包含的谐波次数，其近似程度有所不同。0每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。每个谐波的幅度必须使波形成为方波所需要的恰当值。0此外，谐波之间的相位关系也必须正确：此外，谐波之间的相位关系也必须正确：谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。谐波以不等量延迟，即使谐波幅度正确，方波也会失真。叠加叠加3次谐
11、波次谐波 叠加叠加5次谐波次谐波基波基波叠加叠加7次谐波次谐波 叠加叠加9次谐波次谐波方波方波由方波为例得知由方波为例得知8正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率正弦波只有一个基波，仪表的带宽必须至少是波形的频率。8但是，在大多数情况下，这仅仅是最基本的，如果只是这但是，在大多数情况下，这仅仅是最基本的，如果只是这样，是不够精确的，甚至是错误的。样，是不够精确的，甚至是错误的。8要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考要对波形进行准确的测量，对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。假如组成波形的主要谐波分量超出仪表的带宽虑其谐波。假如组成波形的主要谐波分量超出仪表的带宽，那么
12、我们就不能精确地测得波形的参数。，那么我们就不能精确地测得波形的参数。测量测量20MHz的方波的方波在在20MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果在在200MHz带宽示波器测试带宽示波器测试所显示的结果所显示的结果示波器所显示的波形示波器所显示的波形仪器带宽对测量波形影响仪器带宽对测量波形影响带宽对方波的影响带宽对方波的影响8带宽如何在时域影响波形。带宽如何在时域影响波形。0信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。信号进入示波器首先是通过放大器，它是一个低通滤波器。0放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表现失真。放大器的带宽很宽（和基波比较），输出方波不表
13、现失真。0放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发放大器的带宽变窄，波形中的某些谐波不能通过，输出的方波发生畸变，产生误差。生畸变，产生误差。0放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐放大器带宽很窄，输出的几乎完全不像方波，由于缺少主要的谐波分量，波形呈圆弧状。波分量，波形呈圆弧状。低通滤波器低通滤波器高带宽时的输出高带宽时的输出中带宽时的输出中带宽时的输出低带宽时的输出低带宽时的输出输入输入输出输出波形的谐波与测量精度的关系波形的谐波与测量精度的关系波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10）正弦波正弦波 无谐波分量无谐波分量 方方 波波 1:9 三角波
14、三角波 1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比50）1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25）1:14脉冲波（占空比脉冲波（占空比10）1:26注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：注：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：9010上升时间测量上升时间测量*上升时间上升时间理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有理想的方波和脉冲波的电压是有突然变化的波形，陡变有一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。一定时间这取决于系统带宽及其他电路参数。波形从一种电压变至另一种电压的时间称为上升时间波形从一种电压变至另一种电压的时间称为上升时间上升时间通常在过渡的上升时间通常在过渡的10至至90处处8测
15、量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间，上升时间和带宽的关测量仪表的带宽将影响脉冲和方波的上升时间，上升时间和带宽的关系由下式决定：系由下式决定：T上升上升0.35/BWBW=带宽（带宽（3dB时的频率）（单位时的频率）（单位Hz）8波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率波形从最小值过渡到最大值越快，所含谐波就越多，波形所含的频率量也越高。量也越高。8仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。仪表的上升时间应小于被测量信号波形的上升时间。测量所得的上升时间测量所得的上升时间 信号上升时间信号上升时间2测量仪表上升时间测量仪表上升时间2上升延同带宽的关系上升延同带宽的关
16、系波形上升时间与测量精度的关系波形上升时间与测量精度的关系1:1 41%2:1 22%3:1 12%4:1 5%5:1 2%7:1 1%10:1 0.5%信号上升时间仪表上升时间之比信号上升时间仪表上升时间之比 上升时间测量精度上升时间测量精度总结：选择示波器的带宽总结：选择示波器的带宽波形的重要谐波波形的重要谐波列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：列出的影响波形的谐波数是基波的倍数：波波 形形 重要谐波数（基波重要谐波数（基波10）正弦波正弦波 1:1方方 波波 1:9三角波三角波 1:3脉冲波（占空比脉冲波（占空比50）1:9脉冲波（占空比脉冲波（占空比25）1:14脉冲波（占空比脉冲波（
17、占空比10）1:26 （正弦波基波为：正弦波基波为：1）上升时间与测量精度上升时间与测量精度信号上升时间信号上升时间 上升时间上升时间 仪表上升时间仪表上升时间 测量精度测量精度 之比之比 1:1 41%2:1 22%3:1 12%4:1 5%5:1 2%7:1 1%10:1 0.5%采样原理及应用采样原理及应用采样采样采样点采样点数字化需要的数字化需要的保持时间保持时间采样间隔采样间隔 采样是等间隔地进行；采样是等间隔地进行；采样率以采样率以“点点/秒秒”来表示。来表示。采样时发生了什么？采样时发生了什么？采样过程采样过程信号信号采样采样数字化数字化存储存储采样保持采样保持转换成为数据转换成
18、为数据顺序存储顺序存储屏幕显示选定屏幕显示选定部分的内存部分的内存屏屏幕幕1 0 1 1 1 0 0 11 1 1 1 0 1 0 1.1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 采样过程采样过程8模拟信号转化为数字信号经变换后最终恢复成模拟波形显模拟信号转化为数字信号经变换后最终恢复成模拟波形显示在示波器上，通俗地说，采样实际上是在用点来描绘进示在示波器上，通俗地说，采样实际上是在用点来描绘进入示波器的模拟信号。入示波器的模拟信号。8“死区死区”指的是仪表不捕获信号的时间，如：数字化过程指的是仪表不捕获信号的时间，如：数字化过程、数据处理过程，模拟示波器的回扫过程、数据处
19、理过程，模拟示波器的回扫过程8数据存储到存储器中，还可以进行预触发，后触发的观察数据存储到存储器中，还可以进行预触发，后触发的观察与分析。与分析。泰克公司数字实时采样技术泰克公司数字实时采样技术轻易地捕捉到轻易地捕捉到5ns5ns的毛刺的毛刺最小水平时基为最小水平时基为100ns100ns，即未能，即未能对单次毛刺进行捕捉对单次毛刺进行捕捉采样率对单次信号的捕获的影响采样率对单次信号的捕获的影响欠幅脉冲捕捉欠幅脉冲捕捉毛刺捕捉毛刺捕捉 实际工作中，比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉实际工作中，比如：冲击电流、破坏性试验的捕捉和测量，对欠幅脉冲、单脉冲、毛刺、电源中断、电压击穿、开
20、关特性等等瞬态信号和非重冲、单脉冲、毛刺、电源中断、电压击穿、开关特性等等瞬态信号和非重复信号进行捕捉和分析，这些都是每天都要面对的。复信号进行捕捉和分析，这些都是每天都要面对的。（稳态和瞬态的分析）（稳态和瞬态的分析）单次信号的捕获应用广泛单次信号的捕获应用广泛D igital Real-Tim e Sam pling:Each w aveform cycle producesm ore than enough data points to build a full record(screen display)只需一次触发已采集信号所有资料只需一次触发已采集信号所有资料 实时采样是最直观的采
21、样方式，采样率超过模拟带宽实时采样是最直观的采样方式，采样率超过模拟带宽4 45 5倍或更高。倍或更高。重复带宽单次带宽重复带宽单次带宽 不仅适用捕获重复信号，而且是捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的不仅适用捕获重复信号，而且是捕捉单次信号以及隐藏在重复信号中的毛刺和异常信号的有效方法。毛刺和异常信号的有效方法。数字实时采样技术数字实时采样技术 单次采样带宽也就是我们常说的实时带宽，它是由模拟带宽、单次采样带宽也就是我们常说的实时带宽，它是由模拟带宽、采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次采样率以及波形重建的方法共同决定，因此它决定了所构建的单次波形的完整性波形的完整性 。
22、波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。波形重建的方法主要是指波形再现的插值算法。幅度幅度时间时间 对于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次对于单次事件，示波器必须具有足够的采样速率用以恢复单次捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最捕捉所获得的波形。奈奎斯特抽样定律中指出采样率至少为信号最高频率带宽的高频率带宽的2 2倍从而保证信号在恢复时不发生混迭现象。倍从而保证信号在恢复时不发生混迭现象。单次采集带宽单次采集带宽总结：采样率的选择总结：采样率的选择8我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与我们在确定示波器的带宽后，还要选择足够的采样率来与之相配
23、合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，之相配合，这样才能获得适合于实际测量中的实时带宽，从而获得满意的测量结果。从而获得满意的测量结果。8如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我如果在实际的测量中，比较重视单次信号的精确信息，我们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。们建议采样率要在带宽的五倍以上，最好能在八到十倍。示波器的触发和信号存储示波器的触发和信号存储示波器的触发示波器的触发8触发电路的作用就是保证每次时基触发电路的作用就是保证每次时基在屏幕上扫描的时候，都从输入信在屏幕上扫描的时候，都从输入信号上与定义的触发点相同的点开始号上与定义的触发点相同的点开始，这样
24、每一次扫描的波形就同步的，这样每一次扫描的波形就同步的，从而显示稳定的波形，见图，从而显示稳定的波形，见图b/c；没有触发电路在屏幕上看到的将；没有触发电路在屏幕上看到的将会是具有随机起点的很多波形杂乱会是具有随机起点的很多波形杂乱重叠的图象，见图重叠的图象，见图a。8触发是使用示波器最麻烦的一点，触发是使用示波器最麻烦的一点，示波器提供了许多触发方式，可根示波器提供了许多触发方式，可根据测量问题加以应用。据测量问题加以应用。8作为数字示波器来说，触发实际上作为数字示波器来说，触发实际上参与了确定波形的存储起点参与了确定波形的存储起点。321不正常触发不正常触发正常触发正常触发abc触发耦合触
25、发耦合8触发耦合：触发信号与触发电路的耦合方式触发耦合：触发信号与触发电路的耦合方式0默认时为默认时为DC耦合，触发源直接连到触发电路耦合，触发源直接连到触发电路0交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路交流耦合：触发源通过一个串联的电容连到触发电路0HF抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味抑制：使触发源信号通过低通滤波器以抑制高频分量，这意味即使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发即使一个低频信号中包含很多高频噪声，仍能使其按低频信号触发。0LF抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成分，这抑制：使触发源信号通过一个高通滤波器以抑制其低频成
26、分，这对于显示包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。对于显示包含很多电源交流声的信号时的情况是很有用的。0TV触发：在触发：在TV模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视模式下触发电平控制不起作用。这时示波器使用视频信号中的同步脉冲作为触发信号。频信号中的同步脉冲作为触发信号。TV触发有两种模式，触发有两种模式，TVF 场场和和TVL行行0数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、斜率、数字示波器的高级触发功：单次、毛刺、宽度、欠幅脉冲、斜率、建立建立/保持逻辑（定时关系和状态分析）保持逻辑（定时关系和状态分析）TV（可选场（可选场/行和行计数）行和行计数）触发隔离（触发隔
27、离（Hold off）8有些信号具有多个可能的触发点，有些信号具有多个可能的触发点，如右图数字信号。如右图数字信号。该信号虽然在较长的时间周期内该信号虽然在较长的时间周期内是重复的，但是在短时间内情况则是重复的，但是在短时间内情况则不然，这样一来，正常触发扫描出不然，这样一来，正常触发扫描出的波形出现混迭。的波形出现混迭。8为解决这个问题，采用了触发隔离为解决这个问题，采用了触发隔离功能，即在各次扫描之间加入延迟功能，即在各次扫描之间加入延迟时基，使得扫描的每次触发总是从时基，使得扫描的每次触发总是从相同的信号沿开始。从而得到稳定相同的信号沿开始。从而得到稳定的波形显示。的波形显示。8另一方面
28、，触发隔离的使用显然在另一方面，触发隔离的使用显然在波形捕获方面遭到了损失。波形捕获方面遭到了损失。隔离时间过短波形混迭隔离时间过短波形混迭正确隔离时间正确隔离时间记录长度记录长度8定义：定义：一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数。一个波形记录是指可被示波器一次性采集的波形点数。8最大的记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容最大的记录长度由示波器的存储容量决定，要增加存储容量才能增加记录长度。量才能增加记录长度。8记录长度和观看波形细节有关：记录长度和观看波形细节有关：波形的存储波形的存储8示波器的存储由两个方面来完成：示波器的存储由两个方面来完成：0触发信号和延时的设定确定了
29、示波器存储的起点；触发信号和延时的设定确定了示波器存储的起点；0示波器的存储深度决定了数据存储的终点。示波器的存储深度决定了数据存储的终点。8记录时间记录长度记录时间记录长度/采样率采样率触发点触发点延时时间延时时间记忆长度记忆长度起点起点终点终点记录长度的计算记录长度的计算8记录时间记录长度记录时间记录长度/采样率采样率8举例：举例：TDS3012B，记录长度，记录长度10K约为约为10000点点8时基与采样率的关系时基与采样率的关系Post-TriggerPre-TriggerTrigger 数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户观看触发前的事件。数字示波器的一个最显著特点在于它容许用户
30、观看触发前的事件。这是因为数据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停这是因为数据被连续地存储到内存中，同时触发事件在数据量足够后停止采集。止采集。预触发预触发/后触发后触发 采样点数字化采样点数字化 时间等间隔时间等间隔 可选的预可选的预/后触发后触发毛刺毛刺预触发预触发单次采样单次采样 其他方面应用如其他方面应用如：开关特性输入和输出瞬态特性，以输出信号触发来：开关特性输入和输出瞬态特性，以输出信号触发来观看研究输入的小信号。观看研究输入的小信号。捕捉毛刺捕捉毛刺预触发预触发数字示波器的高级触发功能数字示波器的高级触发功能8高级触发功能的模式，主要针对数字信号：高级触发功能的模式
31、，主要针对数字信号：0 首先，对偶尔出现问题的信号现象进行预测；首先，对偶尔出现问题的信号现象进行预测；0 确定脉冲的受限状态况，以及安排用一个脉冲，或者确定脉冲的受限状态况，以及安排用一个脉冲，或者是与这些状况相匹配的脉冲来触发。是与这些状况相匹配的脉冲来触发。8具体形式有：具体形式有：0脉冲宽度触发；脉冲宽度触发；0矮脉冲触发；矮脉冲触发；0脉冲斜率触发；脉冲斜率触发；0逻辑触发逻辑触发0建立建立/保持时间触发保持时间触发数字示波器滚动模式数字示波器滚动模式8滚动模式是一种可以应用于全连续显示的方式滚动模式是一种可以应用于全连续显示的方式在这种模式下，示波器采集采样点并立即将采集的数在这种
32、模式下，示波器采集采样点并立即将采集的数据复制到显示存储器。而这些新的采样点显示于屏幕的右据复制到显示存储器。而这些新的采样点显示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形则向左滚动。老的采样点一但移到面，屏幕上已有的波形则向左滚动。老的采样点一但移到屏幕左面即行消失。这样一来屏幕上显示的波形总是反映屏幕左面即行消失。这样一来屏幕上显示的波形总是反映出最新信号对时间变化的情况。出最新信号对时间变化的情况。8由于有了滚动模式，就可以用示波器来代替图表由于有了滚动模式，就可以用示波器来代替图表记录仪来显示慢变化的现象，如化学过程、电池记录仪来显示慢变化的现象，如化学过程、电池的冲放电周期或温度对系统性能的影响
33、等。的冲放电周期或温度对系统性能的影响等。先进的先进的DPO技术技术8 数字荧光示波器数字荧光示波器 能够以信号的三维信息，即：幅度，时间，以及幅能够以信号的三维信息，即：幅度，时间，以及幅度随时间的变化，实时地显示，存储与分析复杂信号的新度随时间的变化，实时地显示，存储与分析复杂信号的新一代示波器。一代示波器。数字荧光示波器（数字荧光示波器（DPO）的）的 定义定义数字荧光示波器数字荧光示波器 8泰克公司的数字荧光示波器是基于一种新的泰克公司的数字荧光示波器是基于一种新的高速并行处理器结构高速并行处理器结构(DPX),它同时具有信号它同时具有信号获取和显示处理能力获取和显示处理能力8DPX是
34、泰克公司独有的波形成像处理技术是泰克公司独有的波形成像处理技术,它负责建立和处理实时的显示亮度等级它负责建立和处理实时的显示亮度等级8DPX提供了比数字示波器多提供了比数字示波器多 1000倍的信号数据倍的信号数据8具有具有Y-T,X-Y,X-Y-Z显示模式显示模式结构比较结构比较放大器放大器水平水平放大器放大器垂直垂直放大器放大器延迟线延迟线触发器触发器显示显示放大器放大器多路分解器多路分解器采集存储器采集存储器y微处理器微处理器显示存储器显示存储器A/D显示显示放大器放大器采集光栅采集光栅显示存储器显示存储器A/D显示显示数字磷光数字磷光微处理器微处理器NEWNEW波形的捕获的比较波形的捕
35、获的比较数字荧光数字荧光示波器示波器示波器的波形捕获率示波器的波形捕获率8波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器波形捕获率也就是波形刷新率，已经成为考核一台示波器的重要参数之一；的重要参数之一；8对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量对于示波器来说，波形捕获率高，就能够组织更大数据量的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信的波形质量信息，尤其是在动态复杂信号和隐藏在正常信号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。号下的异常波形的捕获方面，有着特别的作用。为什么模拟示波器产品不能够为什么模拟示波器产品不能够8模拟示波器的缺点模拟示波器的缺点0只有纯粹的视觉信息只
36、有纯粹的视觉信息0闪烁，丢失闪烁，丢失0带宽不够带宽不够0只有边沿触发，无预触发只有边沿触发，无预触发 为什么数字示波器产品不能够为什么数字示波器产品不能够8普通数字示波器的缺点普通数字示波器的缺点 0波形捕获率低波形捕获率低0由于数据不够，造成混跌由于数据不够，造成混跌02维数据显示不能表明事件发生频度维数据显示不能表明事件发生频度数学荧光示波器特点数学荧光示波器特点8将将ART和和DSO的定性和定量性能合二为一，是一项可观的成就。的定性和定量性能合二为一，是一项可观的成就。8提供三维的信号信息，可用它解释信号的动态特性，包括信号瞬态变提供三维的信号信息，可用它解释信号的动态特性，包括信号瞬
37、态变化情况和事件频率，可精确地显示复杂信号，如视频信号或数字波形化情况和事件频率，可精确地显示复杂信号，如视频信号或数字波形上的高速异常信号等。上的高速异常信号等。8DPO提供的信号数据远远多于提供的信号数据远远多于DSO，可确保看到所有信号细节，；可，可确保看到所有信号细节，；可防止出现数字混淆现象，并能够轻松地捕获偶发信号事件。防止出现数字混淆现象，并能够轻松地捕获偶发信号事件。数字荧光示波器数字荧光示波器(DPO)的发展历程的发展历程 99年年1月月TDS3000系列系列TDS500D/700DTDS30002000年年6月月TDS7000系列系列2001年年8月月TDS3000B系列系
38、列2001年年10月月TDS5000系列系列98年年6月月TDS500D/700DTDS7000新产品新产品TDS3000B新产品新产品TDS5000 自从自从1999年年1月系列面市以月系列面市以来来,已经超过已经超过 50,000台台TDS3000应用在各行各业应用在各行各业!泰克的泰克的 TDS3000 屡获大奖屡获大奖Test&MeasurementTest Product of the Year,2000TDS3000-WINNERControl Engineering1999 Editors Choice AwardTDS3000-WINNEREvaluation Engineer
39、ingReaders Choice 1999TDS3000-WINNER如何合理选择示波器呢？如何合理选择示波器呢？泰克示波器产品技术咨询泰克示波器产品技术咨询-北京伯仲达仪器公司北京伯仲达仪器公司 侯强整理侯强整理 侯强 整理首先来了解一下有关测量仪器组合的基础知识首先来了解一下有关测量仪器组合的基础知识电路试验、调试和电子设备安装调试以及检修排除电路故障的常用仪器有：示波器示波器万用表万用表频率计频率计信号源信号源电源电源它们的作用是：完成对它们的作用是：完成对电路的静态和动态工作电路的静态和动态工作状态参数的状态参数的测量测量信号源信号源电源电源电压电压电流电流表表被测电路被测电路示波器
40、示波器频频率率计计我这里有一个常用的各种电路测量的示意图：示波器是观察电信号的强有力的工具和窗口示波器是观察电信号的强有力的工具和窗口8示波器功能的简要介绍：示波器功能的简要介绍：0示波器既不像电压表也不像频率计那样只提供单维信息（电压值、频率值）示波器既不像电压表也不像频率计那样只提供单维信息（电压值、频率值），它可以提供更多的信息。，它可以提供更多的信息。0示波器能够精确的复现作为时间函数的电压波形、测定波形量（如幅度和频示波器能够精确的复现作为时间函数的电压波形、测定波形量（如幅度和频率、比较两个不同波形、测量它们的时间和相位关系，并可以以率、比较两个不同波形、测量它们的时间和相位关系，
41、并可以以波形显示的波形显示的亮度层次得到信号出现的频度的第三维的信息。亮度层次得到信号出现的频度的第三维的信息。0模拟和数字示波器可以完成同样的测量，但内部采用的技术是不同的。模拟和数字示波器可以完成同样的测量，但内部采用的技术是不同的。0数字示波器的技术发展让示波器能够以更高的波形捕获力来观察数字示波器的技术发展让示波器能够以更高的波形捕获力来观察现实世界。现实世界。0由于数字示波器具有的数学运算功能，它可以是一台具有波形显示的：由于数字示波器具有的数学运算功能，它可以是一台具有波形显示的：电压表、电流表电压表、电流表、FFTFFT、频率计、功率测量和波形参数分析的综合智能性仪表、频率计、功
42、率测量和波形参数分析的综合智能性仪表。示波器技术演变进程示波器技术演变进程CRTCRT屏幕荧光储存示波器屏幕荧光储存示波器MCPMCP模拟示波器（第一代）模拟示波器（第一代）DPODPO数字储存示波器数字储存示波器数字荧光示波器（第三代数字荧光示波器（第三代）CRTCRT取样取样InstaVuInstaVu数字储存示波器（第二代数字储存示波器（第二代）DRTDRT泰克示波器产品展示：泰克示波器产品展示：$1K$15K$5K$10K$20KB/WPrice100 Mhz200 Mhz300 Mhz400 Mhz500 Mhz1 Ghz2 Ghz60 MhzTDS400THS700TDS500D/
43、TDS700DTDS7000TDS2004 Ghz6 Ghz8 GhzDPODSOTDS600TDS800TDS3000选择示波器需要考虑的要素选择示波器需要考虑的要素模拟还是数字？模拟还是数字？带宽如何？带宽如何？采样率（取样速度）？采样率（取样速度）？有多少通道？有多少通道？记录长度（存储深度）？记录长度（存储深度）？要求何种方式触发要求何种方式触发？你能发现这些难以捉摸的异常现象吗？你能发现这些难以捉摸的异常现象吗？确定所需要的分析功能？确定所需要的分析功能？探头如何？探头如何？可不费力的使用它吗？可不费力的使用它吗？示波器带宽及上升时间示波器带宽及上升时间侯强 整理于5月13日下午根据
44、被测信号的频率选择示波器带宽根据被测信号的频率选择示波器带宽示波器首要规格带宽示波器首要规格带宽示波器的带宽是指示波器垂直放大器的频率响应，示波器的带宽是指示波器垂直放大器的频率响应，定义为定义为：信号幅度下降：信号幅度下降3dB.3dB.在此频点为示波器的带宽在此频点为示波器的带宽例如：例如：100M100M带宽示波器输入带宽示波器输入100M 1V100M 1V正弦波观察到的将是正弦波观察到的将是100M 0.707V100M 0.707V对于非正弦波的波形对于非正弦波的波形，必须考虑其谐波。，必须考虑其谐波。请谨记请谨记5 5倍带宽法则倍带宽法则示波器带宽不足将导致示波器带宽不足将导致波
45、形失真波形失真非正弦波是由基波加无数奇次谐波所构成。包含的谐波越多，非正弦波是由基波加无数奇次谐波所构成。包含的谐波越多，波形越近似方波。所以方波的质量根据包含的谐波次数不同，波形越近似方波。所以方波的质量根据包含的谐波次数不同，近似程度也有所不同近似程度也有所不同。例：例：100M方波是由方波是由3次、次、5次、次、7次次合成合成，3次次谐波频率为谐波频率为300M、5次谐波频率为次谐波频率为500M幅度衰减幅度衰减波形失真波形失真示波器带宽对测量波形影响示波器带宽对测量波形影响测量测量20MHz20MHz的方波的方波在在20MHz20MHz带宽示波器测试所带宽示波器测试所显示的结果显示的结
46、果在在200MHz200MHz带宽示波器测试所带宽示波器测试所显示的结果显示的结果示波器所显示的波形示波器所显示的波形波形重要谐波及上升时间与测量精度的关系波形重要谐波及上升时间与测量精度的关系影响波形的谐波数是基波的倍数影响波形的谐波数是基波的倍数波形波形重要谐波数（占基波幅度重要谐波数（占基波幅度10）正弦波正弦波1:011:01方波方波1:091:09三角波三角波1:031:03脉冲波（占空比脉冲波（占空比50）1:091:09脉冲波（占空比脉冲波（占空比25）1:141:14脉冲波（占空比脉冲波（占空比10）1:261:26 上升时间与测量精度上升时间与测量精度示波器与信号上升时间之比
47、示波器与信号上升时间之比1:011:012:012:013:013:014:014:015:015:017:017:01 10:0110:01测量精度测量精度41%41%22%22%12%12%5%5%2%2%1%1%0.50%0.50%波形上升时间与测量精度的关系波形上升时间与测量精度的关系8上升时间在波形上升时间在波形10109090处测量处测量，上升时间可由，上升时间可由：0t上升时间上升时间0.35/BW BW：3db带宽带宽(单位为单位为Hz),0.35：系数：系数例如：例如：波形上升时间为波形上升时间为3.5nS,经计算带宽为经计算带宽为100M8被测上升时间可由信号上升时间和仪表
48、上升时间计算被测上升时间可由信号上升时间和仪表上升时间计算0被测上升时间被测上升时间/信号上升时间信号上升时间仪表上升时间仪表上升时间 例如：信号上升例如：信号上升3.5nS,仪表上升仪表上升3.5nS,测得上升时间为：测得上升时间为：数字示波器采样技术数字示波器采样技术北京伯仲达公司 侯强 5月14日整理数字示波器采样率数字示波器采样率采样点等时间间隔分布采样点等时间间隔分布采样率以采样率以 样点数样点数/秒描述秒描述(S/s,kS/s,MS/s,GS/s)采样点采样点采样间隔采样间隔数字示波器采样技术数字示波器采样技术8采样技术采样技术0数字等效采样数字等效采样0数字实时采样数字实时采样8
49、采样技术的不同采样技术的不同，使数字示波器带宽定义复杂化，使数字示波器带宽定义复杂化0重复信号带宽即模拟带宽（放大器带宽）重复信号带宽即模拟带宽（放大器带宽）0单次信号带宽单次信号带宽采样率与单次信号带宽的关系采样率与单次信号带宽的关系8奈奎斯特取样原理奈奎斯特取样原理0在正弦波上采样，需要在一个周期采集最少两个以上的点就可重在正弦波上采样，需要在一个周期采集最少两个以上的点就可重现波形现波形0f fs s(取样率取样率)2BW(2BW(信号频率）信号频率）0例如：例如：100M100M正弦波信号，最少采样率正弦波信号，最少采样率？2 2100M100M200MS/s200MS/s8数字示波器
50、的单次带宽定义数字示波器的单次带宽定义0是指在单次是指在单次(瞬态瞬态)信号测量中可获得的最大带宽信号测量中可获得的最大带宽0BWBWs sf fs s(采样率采样率)k kR R(与重现技术有关的内插系数与重现技术有关的内插系数)0k kR R 的值有：的值有：2 2.5 .4 .10 .5 .4 .10 .0例如：内插系数为例如：内插系数为4 4，采样率为，采样率为100MS/s,100MS/s,求示波器求示波器单次带宽？单次带宽？100MS/s100MS/s 4 425MHz25MHz数字等效采样技术数字等效采样技术需要对信号进行多次触发需要对信号进行多次触发从重复性信号的不同的周期经过
